DE1030939B

DE1030939B - Bildverstaerker mit einem zwischen dem ein Elektronenbild aussendenden Eingangsschirm und dem Phosphoreszenzschirm angeordneten Elektronenverstaerkungsschirm

Info

Publication number: DE1030939B
Application number: DEW16063A
Authority: DE
Inventors: Arthur Ernest Anderson; William Altar
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1954-03-17
Filing date: 1955-02-21
Publication date: 1958-05-29
Also published as: US3002101A; BE536516A; FR1125480A; GB770238A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Bildverstärker, vorzugsweise für röntgenologische Zwecke, und insbesondere auf eine Einzelröhire, die ein einzelnes Röntgen- oder anderes Bild auf ihrem Eingangsschinn aufnehmen und auf ihrem Ausgangs schirm eine Wiedergabe dieses Bildes mit Ausgangsstrahlen erzeugen kann, deren Helligkeit um ein Vieltausendfaches erhöht ist, wobei der Durchmesser des Ausgangsbildes ausreichend groß gehalten wird, so daß es durch eine große Austrittspupille gesehen werden kann.

Um eine Verstärkung der Helligkeit in dem vorerwähnten Ausmaß erzielen zu können, ohne daß die Größe des Bildes auf dem Ausgangssehirm im Verhältnis zu dem auf dem Eingangsschirm derart vermindert wird, daiß das binokulare Sehen, des Ausgangsbiildes mit einer großen Austrittspupille undurchführbar ist, wird für diese Helligkeitsverstärkung ein auf Elektronenbeschuß ansprechender, Elektronen emittierender Schirm verwendet, wie er an sich schon von einer Fernisebauffnahmeröhre bekannt ist und der nachstehend als Elektronenverstärkerschirm bezeichnet wird.

In der bekannten Verwendung eines solchen Schirmes bei einer Fernsehaufnahmeröhre wird das belichtete Bild auf die photoemittierende Schicht geleitet, während ein Elektronenstrahl die andere Seite des Verstärkungsschirmes abtastet, wobei er eine Leitfähigkeit in der darauf befindlichen Schicht induziert. Im Unterschied dazu bandelt es sich bei dem Bildverstärker nach der vorliegenden Erfindung um einen Verstärker, der nichts mit einer Aufnahmeröhre zu tun hat.

Bekannt ist auch eine Bildverstärkeranordnutng, die einen photoemittierenden Eingangsschirm und einen Au'sgangsleu'chtbi'ldschirm aufweist. Dabei wird jedoch eine sekundäremissionisiähige Dynodenanordnung zur Elektronenverstäirkraig verwendet.

Der Bildverstärker nach der Erfindung besteht aus einem vakuumfesten Gefäß mit einem das Elektronenbild aussendenden Eingangsschirm, einem mit einer Phosphoretnschicht versehenen Ausgangsschirm und einem dazwischen angeordneten Elektronenverstärkerschirm, und die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß der Verstärkungsschirm an seiner dem Eingangsschirm zugekehrten Seite eine leitende Schicht ferner an seiner dem Aus gangs schirm zugekehrten Seite ein Mosaik aus photoelektrisch emittierenden Flächenelementen und dazwischen eine Schicht aus einem Material trägt, das eine duirch Elektronenaufprall imdu zierbare Leitfähigkeit aufweist, wobei diesem Verstärkungsschirm eine Hilfsstrahlenquelle zur Belichtung des Mosaiks zwecks Erzielung eines Elektronenauistritts aus seinen emittierenden Flächenelementen, ferner wenigstens eine Bildverstärker mit einem zwischen dem ein Elektronenbild aussendenden

Eingangsschirm und dem

Phosphoreszenzschirm angeordneten

Elektronenverstärkungsschirm

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 46

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 17. März 1954

Arthur Ernest Anderson und William Altar,

Pittsburgh, Pa. (V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

zwischen dem Versrtärkungsschiirm und dem Auisgangsschirm befindliche Gitterelektrode und Zuführungen zur Erzeugung von Spannungen zwischen dem Verstärkersohirm und dem Eingangsschirm, dem Ausgangsschein und der Gitterelektrode zugeordnet sind.

Die Erfindung wird zum besseren Verständnis an Hand beispielsweiser Ausführungsformen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Schnittes durch eine Röhre gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Schnittes durch einen Verstärkungsschiirm der in der Röhre nach Fig. 1 verwendeten Art,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Schaltung und der Hilfseinrichtung für den Betrieb der in Fig. 1 dargestellten Röhre in abweichender Weise.

Die in Fig. 1 gezeigte Röhre weist ein vakuumfestes Gefäß 1 auf, das, wenn gewünscht, aus Glas sein kann und in dem in der Nähe seines einen Endes ein Kathodenschirm 2 angeordnet ist, der aus einer dünnen Glaswand 4 bestehen kann, auf deren innerer (konkaver) Fläche eine dünne Schicht aus transparentem leitendem Material 3 aufgebracht ist, welche ihrerseits eine Schicht aus einem photoemittierenden Material, beispielsweise eine Cäsium-Antimon-Legierung 5, trägt. Die äußere (konvexe) Fläche der Glaswand 4

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ist mit einer Schichte aus fluoreszierendem Material, Geschwindigkeit dieser Emission von Flächenelement beispielsweise aus Zinkkadmiümsulfid, überzogen. zu Flächenelement über die Fläche des Mosaiks beWenn ein Röntgenbild auf die Schicht 6 durch die stimmt. Ein Bruchteil dieser emittierten Elektronen Wand des Gefäßes 1 projiziert wird, wird das in verfehlt die Drähte des Gitters 17, so daß sie die AIudieser Schicht erzeugte licht durch die Glaswand 4 5 miniumschicht 22 beaufschlagen und diese durch- und die leitende Schicht 3 übertragen und erzeugt an dringen und eine Lumineszenz in der Phospho>rscbicht der Oberfläche der photoemittierenden Schicht 5 ein 21 erregen. Für das Fokussieren der Elektronen auf Elektronenbild, das eine Wiedergabe des auf die den Schirm 12 und den Ausgangsschirm 19 können ,Schicht 6 auftreffenden Röntgenbildes ist. Ein nicht beliebige geeignete Mittel, beispielsweise ein axiales gezeigtes Elektronenlinsensystem fokussiert eine ver- io Magnetfeld, vorgesehen sein. Die Anordnung kann kleinerte Wiedergabe dieses Elektronenbildes auf dabei so getroffen sein, daß auf dem Ausgangsschirm einen Verstärkungsschirm 12, der im Schnitt in Fig. 2 19 ein Lichtbild erzeugt wird, das mehrere tausendmal gezeigt ist. Der Schirm 12 weist ein Gitter aus Me- heller als das in der Eingangsschicht 6 erzeugte fluorestalldraht 13 auf, das ein hohes Verhältnis von der zierende Lichtbild ist. Es gestattet jedoch keine Veroffenen zur festen Fläche hat und eine Schicht 14 aus 15 ringerung der mittleren Helligkeit der Ausgangsbiilder Aluminium trägt, die ausreichend dünn ist, so daß sie ohne proportionale Verringerung der geringen Helligfür die auf sie durch das Elektronenlinsensystem keitsunterschiede, welche sich, wie oft festgestellt fokussierten Elektronen im wesentlichen durchlässig werden kann, einer hohen mittleren Helligkeit in ist. Die andere Seite der Aluniiniumschicht 14 ist mit Fluoroskopbildern überlagern. Die nachfolgend beeiner dünnen Schicht 15 aus einem als Photoleiter an 20 sehriebene Arbeitsweise macht dies jedoch möglich, sich bekannten isolierenden Dielektrikum, beispiels- Bei dieser zweiten Arbeitsweise geschieht die Verweise aus Arsentristtlnd, überzogen, die kurzzeitig ringerung der mittleren Helligkeit ohne Verlust der über ihre Dicke an der Stelle, an der ein (durch die Einzelhelligkeitsunterschiede durch die Wahl der Ge-Aiummmmschicht 14 hindurchgetretenes) Elektron schwindigkeit der vom Mosaik 16 emittierten Elekdurchdrungen ist, leitfähig wird. Die freie Fläche der 25 tronen, wenn dieses mit pulsierendem oder intermit-Isolierschicht 15 ist von einem Mosaik aus einem tierendem Licht von der Lichtquelle 23 beleuchtet photoemittieirenden Material 16, beispielsweise Ca- _wi_rd. Die Blende 24 schaltet das Einfallen des Lichtes sium-Antimon-Legierung, bedeckt. ^ der Quelle 23 auf das Mosaik 16 wechselweise an und

In einem geringen Abstand von der Mosaikschicht ab. Während jeder Einschaltperiode werden alle 16 befindet sich ein erstes Gitter 17 und in einem ahn- 30 Flächenelemente des Mosaiks 16 durch Elektronen-Kohen Abstand von diesem ein zweites Gitter 18. Ein emission auf die Spannung des Gitters 17 aufgeladen. Ausgangsschirm 19 weist eine Schicht 21 aus Phos- Hierauf wird das Licht von der Quelle 23 abgeschalphoren auf, die auf der dem Gitter 18 zugekehrten tet, wobei sich die jeweiligen Flächenelemente des Seite aufgebracht ist, sowie einen Überzug 22 aus Mosaiks 16 durch Aufnahme von Elektronen mit einer Aluminium, der ausreichend dünn ist, um die Elek- 35 Geschwindigkeit entladen, die durch das Leitfähigtronen nicht abzufangen, die auf ihn vom Mosaik 16 keitsbild in der Widerstandsschicht 15 bestimmt wird, her.auftreffen. Die Phosphorschicht 21 kann beispiels- Wenn die Blende 24 das Einfallen des Lichtes der weise aus Zinkkadmiümsulfid bestehen und auf der Quelle 23 auif das Mosaik 16 wieder zuläßt, werden Innenfläche der Endwand des Gefäßes 1 aufgebracht die entladenen Flächenelemente wieder auf die Spansein. Die photoemittierende Schicht 5, die Aluminium- 40 nung des Gitters 17 aufgeladen, wobei die Zahl der schicht 14, die Gitter 17 und 18 sowie der Aluminium- von den jeweiligen Flächenelementen emittierten Eleküberzug 22 sind mit Zuleitungen versehen, durch tronen gleich der Anzahl der während der vorangehen- . welche das auf ihnen vorhandene elektrische Potential den . Dunkelperiodie aufgenommen ist und wobei die beliebig durch nicht gezeigte elektrische Spannungs- von den jeweiligen Flächenelementen emittierten Elekquellen festgelegt werden kann. Beispielsweise kann 45 tronen zur Beattfschlagung an einem Punkt von entdie photoemittierende Schicht 5 zur Aluminiumschicht sprechender Lage am Ausgangsschein 19 beschleunigt 14 mit 20 kV negativ gemacht werden, das Gitter 17 werden. Die reine Elektronenausbeute an jedem gegenüber der Schicht 14 mit SO bis 100 kV positiv Flächenelement entspricht dem Verhältnis der Lei- und der Aluminiumüberzug 22 gegenüber letzterer mit tungselektronen zu den Elektronen, die dieses auf der etwa 5 kV positiv. Eine Lichtquelle 23 beleuchtet das go Widerstandsschicht 15 beaufschlagen, und dieses Ver-Mosaik 16 durch eine Blende 24 gleichmäßig. hältnis kann bei Raumtemperatur Hundert oder mehr

Bei der einfachsten Arbeitsweise, bei welcher das zu Eins sein und erhöht sich bei sich erhöhender Tem-Gittesr 18 fehlen oder mit dem Gitter 17 verbunden sein peratur der Schicht 15. Wenn, wie in diesem Falle, die kann und bei welcher die Lichtquelle 23 das Mosaik 16 Spannung zwischen Mosaik 16 und Gitter 17 klein ist, ununterbrochen beleuchtet, erzeugt das auf die fluores- 55 muß der Abstand zwischen diesen zur Auf rechterhalzierende Schicht 6 auftreffende Röntgenbild*an der tung der Bildauflösung klein sein und/oder ein axiales Fläche der photoemittierenden Schicht 5 ein Elek- Magnetfeld verwendet werden, um die Bildschärfe tronenbild, das in seiner-Helligkeitsverteilung dem aufrechtzuerhalten. Für diesen Zweck kann daher ein Röntgenbild entspricht. Die Elektronen dieses Elek- durch Gleichstrom erregtes und zur Röhre 1 gleichtronenbildes werden durch die Spannung zwischen den 60 achsiges Solenoid verwendet werden. Wenn an das Schichten 5 und 14 zur Beaufschlagung der letzteren Gitter 18 eine Spannung gelegt wird, die um wenige beschleunigt, so daß sie durch diese hindurchtreten Volt gegenüber dem Gitter 17 negativ ist, kann die und in der Widerstandsschicht 15 eine Verteilung der mittlere Helligkeit ausgeschaltet und eine Kontrastelektrischen Leitfähigkeit hervorrufen, die als Leit- verstärkung erreicht werden. Die Geschwindigkeit, fäihigkeitsbild betrachtet werden kann, welches eine 6g mit der das Öffnen und Schließen der Blende 24 erWiedergabe des auf die Schicht 6 auftreffenden ur- folgt, muß ausreichend hoch sein, um das lästige sprünglichen Röntgenbildes ist. Das Lichtfeld von der Flackern im Bild auf dem Ausgangsschirm 19 zu verLichtquelle 23 bewirkt, daß die verschiedenen Flächen- hindern. Durch eine geeignete Wahl des Intervalls T elemente des Mosaiks 16 Elektronen emittieren, wobei zwischen den Lichtimpülsen im Verhältnis zum spezijedoch das Leitfähigkeitsbild in der Schicht 15 die 70 fischen Widerstand und zur Dielektrizitätskonstante

der Schicht 15 kann die Kontrastqualität des Ausgangsbiildes in der Weise beeinflußt werden, daß wahlweise der Kontrast bei einem gewünschten Helligkeitswert gesteigert wird, da die Zeitkonstante der Entladung der Mosaikelemente proportional dem spezinschen -Widerstand und der Dielektrizitätskonstante der Widerstandsschieht 15 bei den jeweiligen Helligkeitswerten ist.

Durch Verändern des Potentials am Gitter 18 kann der Grundhelligkeitswert des Bildes am Ausgangsschirm 22 nach Belieben verändert werden und der Helligkeitswert, bei welchem der stärkste Kontrast zwischen den Biildschatten auftritt, nach Belieben festgelegt werden. Hierdurch wird das sehr wichtige Ergebnis erzielt, daß ein gewünschtes Objekt oder Organ auf dem Schirm 21 klar hervortritt, während die nicht gewünschten Organe im Hintergrund verblassen, und zwar mit Hilfe einer einzigen Röhre.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform des Bildverstärkers gemäß der Erfindung, bei welcher die Gleichspanmungsquelle 25 durch eine Wechselspannungsquelle oder eine pulsierende Spannungsquelle 31 von etwa 50 V ersetzt und die Blende 24 weggelassen ist. Die .Spannung dear Quelle 31 kann annähernd eine Sägezahnspannung sein. Da die Anordnung nach Fig. 3 im übrigen wie die in Fig. 1 gezeigte ist, ist keine ins einzelne gehende Beschreibung derselben erforderlich. Bei der Anordnung nach Fig. 3 emittieren die Elemente dies Mosaiks 16 Elektronen, wenn die Spannung der Quelle 31 über einem bestimmten Schwellenwert liegt (wie dies bei den Elementen des Mosaiks in Fig. 1 der Fall ist, wenn Licht von der Quelle 23 darauffällt), wobei die jeweiligen Elemente entsprechend dem Leitfähigkeitsbild in der Widerstandsschicht 15 Elektronen aufnehmen (d. h. die Elemente entladen), wenn die Spannung der Quelle 31 unterhalb des Schwellenwertes liegt (ebenso wie dies bei den Elementen des Mosaiks in Fig. 1 der Fall ist, wenn das Licht von der Quelle23 abgeschaltet ist). Während desjenigen Teils jeder Pulsation der Quelle 31, während welchem die Spannung des Gitters 17 über ihrem Schwellenwert liegt, werden die von den jeweiligen Elementen des Mosaiks 16 emittierten Elektronen zur Beaufschlagung des Auisgangsschirmes 19 beschleunigt. Eine regelbare Gleichspannungsquelile 32 hält das Gitter 18 um wenige Volt negativ gegenüber dem Gitter 17 und ermöglicht auf diese Weise die Abschaltung der Hintergrundhelligkeit und eine wirksame Erhöhung des Kontrastes im Bild auf dem Schirm 19 bei jedem gewünschten Schattenwert.

Sowohl bei der Anordnung nach Fig. 1 als auch bei der nach Fig. 3 kann es wünschenswert sein, dieWiderstand'sschiicht 15 so zu erwärmen, daß sie bei einer Temperatur arbeitet, welche die größte Leitf ähigkeirtsänderung je aufschlagendes Elektron ergibt.

Die Schicht 15 kann sehr dünn sein, so daß Bildflächen von sehr geringer Größe, d. h. von einem Durchmesser von etwa dec Größe der Filmdicke, zufriedenstellend aufgelöst werden können. Sogar sehr dünne Filme haben sowohl eine hohe Verstärkung als auch eine hohe Auflösung. Eine Dicke von einem Mikron aufwärts hat sich als völlig befriedigend erwiesen.

Bei Weglasisung der fluoreszierenden Schicht 6 können die beiden dargestellten Ausführungsfoirmen für die Verstärkung gewöhnlicher Lichtbilder verwendet werden. Die Verwendung von Materialien für die Schicht 6, die bei Empfang anderer Strahlen als Röntgenstrahlen Lichtbilder aussenden, fällt ebenfalls in den Rahmen der Erfindung.

Obwohl für die Schicht 15 die Verwendung von Arsentrisuilfid vorgeschlagen worden ist, können auch andere Stoffe, die beim Auf treffen von Elektronen leitfähig werden, verwendet werden, beispielsweise Selen, Kadmiumsuilfid und Anthrazen.

Claims

Patentansprüche:

1. Bildverstärker, vorzugsweise für röntgenologische Zwecke, bestehend aus einem vakuumfesten Gefäß mit einem ein Elektronenbild aussendenden Eingangsschirm, einem mit einer Phosphorenschicht versehenen Ausgangsschirm und einem dazwischen angeordneten Elektronenverstärkungsschirm, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsschirm (12) an seiner dem Eingangsschirm (2) zugekehrten Seite eine leitende Schicht (14), ferner an seiner dem Ausgangsschirm (19) zugekehrten Seite ein Mosaik (16) aus photoelektrisch emittierenden Flächenelementen und dazwischen eine Schicht (15) aus einem Material trägt, das eine durch Elektronenaufprall induzierbare Leitfähigkeit aufweist, wobei diesem Verstärkungsschirm eine HilfsStrahlenquelle (23) zur Belichtung des Mosaiks (16) zwecks Erzielung eines Elektronen au s tritts aus seinen emittierenden Flächenelementen, ferner wenigstens eine zwischen dem Verstärkungsschirm (12) und dem Ausgangsschirm (19) befindliche Gitterelektrode (17) und Zuführungen zur Erzeugung von Spannungen zwischen dem Verstärkerschirm (12) und dem Eingangsschirm (3), dem Ausgangsschirm (19) und der Gitterelektrode (17) zugeordnet sind.

2. Bildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu einer ersten Gitterelektrode (17) eine zweite Gitterelektrode (18) zwischen der ersteren und dem Ausgangsschirm (19) angeordnet ist und einstellbare Mittel zur Erzeugung einer veränderlichen Spannung zwischen der ersten und der zweiten Gitterelektrode vorgesehen sind.

3. Bildverstärker nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Mosaik (16) bestrahlende Lichtquelle (23) eine pulsierende Lichtquelle ist und eine Gleichspannung zwischen dem Verstärkungsschirm (12) und der ersten Gitterelektrode (17) angelegt ist.

4. Bildverstärker nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung zwischen dem Verstärkungsschirm (12) und der ersten Gitterelektrode (17) pulsierend ist.

5. Bildverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Verstärkungsschirm (12) und der ersten Gitterelektrode (17) angelegte Spannung annähernd eine Sägezahnspannung ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 692 039, 861 295;
USA.-Patentschrift Nr. 2 544 755.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen